這幾座先進12英寸晶圓廠邁入新階段！

晶圓代工領域再現(xiàn)兩大消息，臺積電高雄的2納米新廠于11月26日正式舉行設備進機典禮，這是臺積電在中國臺灣高雄的首座12英寸晶圓廠，顯示臺積電正式從建廠轉到生產(chǎn)階段；另外昨日，英特爾宣布與美國商務部達成協(xié)議，美國商務部將為英特爾在亞利桑那州、新墨西哥州、俄亥俄州和俄勒岡州四地的12英寸晶圓廠和先進封裝等項目提供高達78.6億美元的直接資助。據(jù)悉，俄亥俄州主要專攻先進制程。

AI浪潮席卷全球，隨著高性能計算、高端存儲、工業(yè)制造等芯片需求上升，先進制程和先進封裝的推進愈發(fā)受到重視，先進制程建廠進度再刷新。公開資料顯示，目前先進制程競爭主要以臺積電、三星和英特爾三家為主。從以下三家公司的路線圖顯示，未來晶體管微縮化將持續(xù)至少到18/16/14埃米范圍，并且可能會從納米片和叉片場效應晶體管（FET）過渡，在未來某個節(jié)點轉向互補型場效應晶體管（CFET）。并且伴隨著節(jié)點演進，三大晶圓代工廠都開發(fā)出了各具特色且差異化愈發(fā)明顯的一系列賦能技術（enabling technology）和擴展技術。

臺積電：先進制程穩(wěn)步推進，成熟制程營收占比不斷減少

據(jù)中國臺媒消息，臺積電高雄2納米新廠正式設備進機對于臺積電意義重大，首先這是臺積電在中國臺灣高雄的首座12英寸晶圓廠，該廠開始進駐機臺，顯示臺積電正式從建廠轉到生產(chǎn)階段，這將為臺積電2025年量產(chǎn)做好準備。并且該廠比原計劃的2025年第3季早了半年進機；另外則是高雄廠量產(chǎn)后，將與新竹寶山2納米廠南北大串聯(lián)，生產(chǎn)全球技術最先進的芯片，行業(yè)預料蘋果、超威等大廠都將成為其首批客戶。

據(jù)悉，臺積電在高雄的首座12英寸晶圓廠原定以成熟制程切入。AI浪潮帶動高性能計算、高端存儲等芯片制造需求上升，2023年8月臺積電董事會拍板該廠朝著2納米制程擴充發(fā)展。目前臺積電在中國臺灣的先進制程版圖布局已全面開啟，由寶山第一廠領頭，該廠已在今年4月設備進機，今年6月已使用英偉達的cuLitho平臺結合AI加速風險試產(chǎn)流程，后續(xù)臺積電寶山第二廠也將維持進度。

臺積電對2納米及更先進制程接單充滿信心，董事長魏哲家近日在三季度的業(yè)績說明會中表示，高速運算（HPC）加速往小芯片（Chiplet）設計，但這樣并不會影響客戶對2納米采用狀況，反而詢問客戶有愈來愈多的趨勢，目前對2納米需求比3納米還高，預計產(chǎn)能也會更多。從臺積電的財報數(shù)據(jù)看，今年三季度臺積電7nm及以下的先進制程，占到臺積電晶圓制造總收入的69%，占絕對核心地位。實際上目前臺積電幾乎壟斷了全球的先進制程產(chǎn)能，相比之下，成熟制程在其公司營收中占比開始有越來越低的趨勢。

縱觀臺積電的先進制程廠房布局，除上述的高雄2納米新廠、新竹寶山的一廠、二廠外，美國亞利桑那州的一廠已于今年9月進行了首次試產(chǎn)，生產(chǎn)出了第一批N4 4nm工藝晶圓。另外美國亞利桑那州二廠將采用3nm制程，規(guī)劃月產(chǎn)能2.5萬片，預計2028年兩廠合計月產(chǎn)能達6萬片；三廠將采用2nm或更先進制程，預計在2030年前完成。

臺積電表示先進工藝的開發(fā)正按上述路線圖推進，未來幾年基本保持不變。按照規(guī)劃，明年末臺積電將開始大規(guī)模量產(chǎn)N2工藝，A16（1.6nm級）工藝則預計在2026年末投產(chǎn)。A16工藝還將結合臺積電的超級電軌架構，即背部供電技術。這可以釋放出更多的布局空間，提升邏輯密度和效能，適用于具有復雜信號及密集供電網(wǎng)絡的高性能計算產(chǎn)品。

三星：持續(xù)突破先進制程良率，最新工藝節(jié)點持續(xù)升級

近年來，三星在芯片代工領域面臨著一些挑戰(zhàn)，主要是項目延期和先進制程工藝開發(fā)良率問題。公開資料顯示，三星的3納米工藝技術首次采用了GAA（Gate-All-Around）全環(huán)繞柵極晶體管技術，這項技術旨在提高芯片的性能和能效。三星的3納米工藝分為兩個版本：第一代的3GAE和第二代的3GAP。行業(yè)人士透露，三星目前初代3GAE工藝的良品率僅在50-60%之間，還無法滿足大規(guī)模量產(chǎn)的要求。第二代的3GAP工藝良品率僅為20%，還正在加速突破中。

項目進度方面，公開資料顯示，三星的大部分前沿技術都位于韓國和美國兩地。韓國方面，器興的S1-lines主要量產(chǎn)量產(chǎn)65納米至8納米低功耗芯片，華城的S3-lines則主要生產(chǎn)10納米至2納米產(chǎn)品，行業(yè)消息顯示，目前該廠正在持續(xù)引進各種設備，預定2025年第一季底安裝好一條月產(chǎn)7,000片晶圓的2納米產(chǎn)線；行業(yè)人士透露，三星計劃未來平澤2廠S5安裝一條1.4納米產(chǎn)線，月產(chǎn)能約2000~3000片。此外，三星美國泰勒（Taylor）晶圓廠原定年底啟用，但據(jù)傳安裝設備時間表已延到2026年后。產(chǎn)業(yè)鏈透露延期時間主要出在產(chǎn)品良率攻關上。

但值得關注的是，今年年中該公司也公布了最新的工藝技術路線圖，包括兩個新的工藝節(jié)點—SF2Z和SF4U，并且將為其代工客戶提供全面的“一站式”人工智能解決方案。據(jù)了解，三星此次發(fā)布的最新2nm工藝節(jié)點SF2Z采用了優(yōu)化的背面供電網(wǎng)絡(BSPDN)技術，將電源軌置于晶圓背面，以降低供電電路對互聯(lián)信號電路的干擾。該技術預計將于2027年實現(xiàn)量產(chǎn)。

此次三星發(fā)布的另一個工藝節(jié)點SF4U是一種4nm變體，通過結合光學縮小來提供PPA改進，計劃于2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。三星透露其SF1.4（1.4納米）準備工作目前進展順利，有望在2027年達成性能和良率目標并實現(xiàn)量產(chǎn)。從其技術路線圖也可以看出，三星跳過了18/16埃的節(jié)點。

在三星披露的消息中，我們還需要關注到芯片制程演進中的一大技術亮點。三星晶圓代工業(yè)務發(fā)展副總裁Taejoong Song展示了一張路線圖（如下圖），該圖展示出了邏輯層堆疊在基板上的配置，結合了一個2nm（SF2）的芯片位于一個4nm（SF4X）的芯片上方，兩者都安裝在另一個基板的頂部。業(yè)界人士解讀，這種先進封裝方式實際上就是目前所說的3.5D或5.5D概念。

現(xiàn)在大火的HBM技術，是業(yè)界目前唯一公開的具備3D+2.5D的先進封裝技術。在這個基礎上我們去理解3.5D或5.5D概念，即3D+2.5D，是一個3D-IC在2.5D封裝上。Song表示，晶圓代工廠將于2027年開始在SF2P上方堆疊SF1.4。這種方法特別吸引人之處在于其熱耗散的可能性。由于邏輯層與其他功能分離，熱量可以通過基板或五個暴露的側面之一從堆疊的芯片中導出。

英特爾：半導體巨頭今年末有望實現(xiàn)逆風翻盤？

英特爾曾經(jīng)一直是制程技術的引領者，不斷推動著半導體芯片制造工藝的進步。但近年來，臺積電、三星在制程技術上的趕超使其漸漸吃力，并且該公司在代工領域的重開也面臨著諸多挑戰(zhàn)，財報數(shù)據(jù)的接連下滑以及多國晶圓代工版圖投資遇阻使其受困。與此同時，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新興市場的崛起，傳統(tǒng)PC市場的需求持續(xù)下滑進一步加劇了英特爾的資金壓力。近段時間，業(yè)界更是傳出“高通計劃收購英特爾”的消息。英特爾能否逆風翻盤，成為科技行業(yè)的領軍企業(yè)，仍然是一個未知數(shù)。

近幾個月，停留在英特爾頭上的陰霾有驅散的跡象。首先就是該公司的資金壓力問題有望得到緩解。11月26日，英特爾宣布與美國商務部達成協(xié)議，美國商務部將為英特爾在亞利桑那州、新墨西哥州、俄亥俄州和俄勒岡州四地的12英寸晶圓廠制造和先進封裝等項目提供高達78.6億美元的直接資助。

另外，據(jù)彭博社近日最新報道，美投資公司阿波羅全球管理（APO）計劃要向英特爾投資高達50億美金的股權投資。早在今年6月，在APO牽頭下，英特爾用晶圓廠Fab 34的49%合資企業(yè)股權，換到了多達110億美元的融資。據(jù)悉，英特爾位于愛爾蘭萊克斯利普的Fab 34是英特爾先進大批量生產(chǎn)（HVM）設施，專為采用Intel 4和Intel 3工藝技術的晶圓而設計。

英特爾也在通過削減/暫緩工廠投資項目方式以度過當前的資金危機。目前英特爾宣布暫停在德國和波蘭的工廠建設計劃，推遲時間將視市場需求而定。同時，公司將縮減在馬來西亞的工廠規(guī)模?？傮w來看，英特爾將全面推進在美國的建廠計劃。

最為關鍵的是英特爾的制程工藝研發(fā)進度。在英特爾去年發(fā)布的路線圖中，該公司已經(jīng)完成了向Intel 7（即10nm）和Intel 4（即7nm）的過渡，據(jù)悉，Intel 4是英特爾第一個使用極紫外光刻（EUV）的制程節(jié)點。與Intel 7相比，Intel 4的高性能邏輯庫面積縮放提高了一倍。英特爾表示，Intel 4的面積縮放能力是Intel 7的兩倍。到目前為止，Intel 4看起來很成功。

今年6月，英特爾官宣按計劃將其Intel 3制程投入大規(guī)模生產(chǎn)，主要面向數(shù)據(jù)中心使用。這是英特爾IDM 2.0戰(zhàn)略中的第三個工藝節(jié)點，也是英特爾對外開放代工的第一個節(jié)點。據(jù)英特爾最新官方數(shù)據(jù)顯示，Intel 3相比于Intel 4邏輯縮微縮小了約10％(可以理解為晶體管尺寸)，每瓦性能則提升了17％。綜合產(chǎn)業(yè)鏈各方消息，我們可以理解為Intel 3相當于業(yè)界目前的3nm制程。

在Intel 7、Intel 4以及Intel 3以后，Intel將邁入半導體的“埃米時代”，推出20A和18A。按照原計劃，Intel 20A首發(fā)應用于Arrow Lake消費級處理器，2024年下半年量產(chǎn)發(fā)布。Intel 18A則是Intel 20A的升級版，將在2025年用于代號Clearwater Forest的服務器處理器，以及代號Panther Lake的消費級處理器，并向代工客戶大規(guī)模開放。再往后，就是Intel 14A。

今年9月上旬，英特爾宣布，18A工藝(等效于1.8nm)進展順利且超過預期，Arrow Lake處理器20A工藝(等效于2nm)版本因此取消，改為外部代工（應該是臺積電）。Intel CEO帕特·基辛格表示，18A工藝現(xiàn)階段的缺陷密度(D0)已經(jīng)低于0.4，非常健康。據(jù)悉，18A的投產(chǎn)時間約落到明年下半年。

值得注意的是，Intel 18A工藝是在20A的基礎上打造的，后者第一次使用了RibbonFET全環(huán)繞晶體管架構、PowerVia背部供電設計，其寶貴的經(jīng)驗都將直接導入18A工藝節(jié)點的首次商用。據(jù)悉，PowerVia是一種背面供電技術，信號線和電源線分開優(yōu)化，理論上能帶來更好的電力供應。

而在客戶群上，今2月，英特爾表示微軟已經(jīng)成為英特爾客戶之一。9月下旬，英特爾宣布亞馬遜云服務（AWS）成為18A制程的客戶，公司將為其定制人工智能（AI）芯片。這一合作不僅為英特爾帶來了新的業(yè)務機會，也可能增強市場對其代工業(yè)務的信心，有望吸引包括蘋果、高通、博通甚至AMD等科技巨頭的訂單。而展望至2027年，英特爾還宣布了18A-P、14A和14A-E這些超先進節(jié)點。

先進制程前景遼闊，帶動晶圓代工格局發(fā)生變動

先進制程是指28nm以下的制程工藝，這些工藝追求更高的晶體管密度和更低的功耗，主要用于制造高性能的芯片，如CPU、GPU等，主要應用在高性能計算、人工智能、圖像處理等領域。在AI浪潮下，先進制程舉起大旗，高性能應用全面爆發(fā)。近年來，在臺積電引領下的全球晶圓代工產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出非常強勁增長勢頭，據(jù)據(jù)TrendForce集邦咨詢最新調查顯示，預計晶圓代工市場將于2025年復蘇，年增長率為20%，高于2024年的16%。

具體來看，高速運算（HPC）領域以及采用5/4/3納米等尖端技術的旗艦智能手機的持續(xù)強勁需求，且預計將保持至2025年，預期在人工智能（AI）應用推升下，不僅提升了對先進制程的需求，還促進了整個行業(yè)的產(chǎn)值增長。另外，管消費電子市場的未來展望尚不明朗，但汽車、工業(yè)控制等領域的供應鏈庫存調整已自2024年下半年起逐步觸底反彈，明年或將出現(xiàn)補庫存的小高潮。據(jù)TrendForce集邦咨詢數(shù)據(jù)顯示，7、6納米、5、4納米及3納米等先進制程將在2025年為全球晶圓代工市場貢獻約45%的營收，值得注意的是，上述相關制程都是臺積電擅長且領先的技術節(jié)點。

而臺積電以外的其他晶圓代工廠，盡管受到消費端疲軟的影響，但在IDM（整合元件制造商）和無晶圓廠客戶的健康庫存水平、云計算與邊緣計算對高性能計算需求的上升，以及相對較低的基數(shù)效應共同作用下，預計也將取得接近12%的年增長率，優(yōu)于去年表現(xiàn)。

展望2025年，全球晶圓代工產(chǎn)業(yè)需求仍將由AI和HPC應用主導，先進制程與先進封裝需求將持續(xù)暢旺，成熟制程營收動能則要視2025年下半電子業(yè)旺季效應強弱而定。同時，AI和HPC芯片仰賴先進制造技術，將帶動臺積電、三星與英特爾先進制程推進至1.4納米世代，3大廠競爭格局將取決于英特爾Intel 18A制程量產(chǎn)情形，以及三星晶圓代工先進制程進展與投資布局策略而定。